[发明专利]一种基于氮化铝基板的限频功率模块

说明书

 

技术领域

本发明涉及一种基于氮化铝基板的限频功率模块，高功率输出，低的热阻，特别是一种满足太空环境长期可靠使用功率驱动模块。

背景技术

在空间系统中，由于电源的工作电流的需求越来越大，系统的工作时间越来越长，需要的功率模块的功率容量要求大，模块效率、功耗要求高、

模块的长期可靠寿命也越来越高，并且要求模块的热阻小，散热快，同时具有抗电离辐射、抗单粒子辐射。

功率模块可以提供120V/10A的连续或脉冲电流给用户系统，并可以根据系统控制将多余电荷泄放至电源地。因此，如何设计高可靠（抗空间恶劣环境、高效散热、长期工作）的限频功率模块，成为本领域技术人员努力的方向。

发明内容

本发明的目的就是为了解决同类品热阻高、单路输出功率低、电压低、可靠工作寿命短的缺点，提供一种可靠工作、寿命长、抗空间各种辐射、高电压、高功率输出的功率驱动电路。

实现本发明目的的技术解决方案为：

本发明涉及一种基于氮化铝基板的限频功率模块（高可靠的混合集成电路），基于氮化铝基板的限频功率模块，其特征在于，包括级联的功率MOS管、隔离二极管阵列、栅极驱动，级联功率MOS管、隔离二极管阵列、栅极驱动通过锡焊工艺组装到氮化铝基板，通过同质键合进行电学连接；

外部控制信号经栅极驱动，驱动级联功率MOS管导通或截止，

级联MOS管导通时，将电池的多余电流进行泄放；级联MOS管截止时，电源通过隔离二极管陈列输出给负载系统。

隔离二极管阵列的结构为：第一组4个二极管并联，第二组4个二极管并联，2组并联结构再进行串联。

同质键合为铝铝键合或金金键合。

控制信号为频率和占空比变化的信号，低电平为0V，高电平8V，频率为0～10k、占空比0～100%连续可调的方波电压。级联MOS管压降在工作电流IDS=7.2A、VGS=8V时，导通压降不大于1V（环境温度22℃±5℃下测试）；功率隔离二极管要求第一组4个并联，第二组4个并联，2组并联结构再进行串联使用，要求隔离二极管在工作电流7.2A时导通总压降不大于1.5V（环境温度22℃±5℃下测试）；模块最大热耗不大于11W（计算值，环境温度22℃±5℃）。

栅极驱动使后级的MOS管的栅极驱动电压始终大于前级的MOS管栅极驱动电压，使后级的MOS管在开关工作中比前级的MOS管提前开启，延迟关断。

将模块中形成的高压区与低压区进行安全隔离，安全隔离间距大于1.5毫米，满足太空环境的安全要求。

外部控制信号为频率和占空比均为变化的信号，经栅极驱动，驱动级联功率MOS管导通，将电池的多余电流进行泄放，以保证输出电压在适当的范围。当控制信号为高电平时，级联MOS管导通，当控制信号为低电平时，级联MOS管截至，电源通过隔离二极管陈列输出给负载系统。

本发明采用低沟道电阻的级联MOS管芯片、二极管芯片构成的隔离阵列；芯片电气连接采用同质键合（铝铝键合和金金键合），芯片共晶焊接的组装，功率输出采用多根键合丝并联结构减少输出内阻，ALN基板分块焊接组装降低热应力的结构设计。

前级驱动信号产生PWM波形控制串联的功率MOS管的断、通，控制主电源与电子系统（与电容阵并联）连接。当PWM波形低电平期间，MOS管关，主电源与电子系统（与电容阵并联）连接，当PWM波形高电平期间，MOS管开通，主电源对地进行泄放。

本发明的限频功率模块的优点是高质量等级、良好散热。具有抗电离辐射能力（100kRAD）,抗单粒子（75MeV.cm2/mg），高可靠性，可靠工作寿命达15年。具有使用灵活，通用性强的特点。

附图说明

图1是模块原理框图；

图2是本发明的限频功率原理图；

图3是栅极驱动电路图，虚线框内分别是MOS管Q1、Q2的栅极驱动。

具体实施方式

如图1所示，本发明的基于氮化铝基板的限频功率模块（高可靠的混合集成电路），由级联功率MOS管、隔离二极管阵列、栅极驱动和吸收电路等组成，级联功率MOS管、隔离二极管阵列、栅极驱动和吸收电路元件通过锡焊工艺组装到氮化铝基板，芯片通过金丝键合、硅铝丝键合完成电学连接。